DE102009033673B4

DE102009033673B4 - Adaptiv abstimmbares Anpassnetzwerk mit verbessertem linearen Verhalten

Info

Publication number: DE102009033673B4
Application number: DE102009033673.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schmidhammer Edgar
Original assignee: Qualcomm Technologies Inc
Current assignee: Qualcomm Technologies Inc
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2029-07-18
Also published as: DE102009033673A1

Abstract

Anpassnetzwerk (AN), umfassend
– einen Signalpfad (SP) und einen zwischen Signalpfad (SP) und Masse (GND) verschalteten Parallelpfad (PP),
– eine serielle Schaltung (SSVI) variabler Impedanz, welche im Signalpfad (SP) verschaltet ist und deren Impedanz einstellbar ist,
– eine parallele Schaltung (PSVI) variabler Impedanz, welche im Parallelpfad (PP) verschaltet ist und deren Impedanz einstellbar ist,
wobei
– die serielle Schaltung (SSVI) eine Kaskade (K) aus im Signalpfad (SP) in Serie verschalteten Kaskadengliedern (KG) mit Impedanzelementen variabler Impedanz (IVI) umfasst,
– die parallele Schaltung (PSVI) eine Kaskade (K) aus im Parallelpfad (PP) in Serie verschalteten Kaskadengliedern (KG) mit Impedanzelementen variabler Impedanz (IVI) umfasst,
– die serielle Schaltung (SSVI) im Signalpfad (SP) parallel verschaltete Kaskaden (K) umfasst,
– die parallele Schaltung (PSVI) im Parallelpfad (PP) parallel verschaltete Kaskaden (K) umfasst,
– die Kaskadenglieder (KG) der parallel verschalteten Kaskaden (K) Halbleiterschalter (S) umfassen,
– alle Halbleiterschalter (S) einer Kaskade mit derselben Steuerleitung (SL) schaltbar sind,
– der Grad der Kaskadierung der im Signalpfad (SP) verschalteten Kaskadengliedern (KG) höher als der Grad der Kaskadierung der im Parallelpfad (PP) verschalteten Kaskadengliedern (KG) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein adaptiv abstimmbares Anpassnetzwerk mit verbessertem linearen Verhalten, welches beispielsweise in einer Impedanzanpassschaltung Verwendung finden kann, sowie mögliche Verwendungen eines solchen Anpassnetzwerks.
In – z. B. in Impedanzanpassschaltungen verschalteten – Kapazitätsbänken mit einstellbarer Kapazität können Schaltungselemente durch ihr nicht-lineares Verhalten Störsignale erzeugen. Halbleiterschalter können durch die Erzeugung von Intermodulationsprodukten die Frequenzverteilung von HF-Signalen in einem Signalpfad eines mobilen Kommunikationsgeräts auf unerwünschte Weise verändern.
Intermodulationsprodukte entstehen durch die Wirkung von Halbleiterschaltern als so genannte Mischer. Beim Mischen – das heißt Multiplizieren – von HF-Signalen werden Frequenzen erzeugt, die dann nicht durch Filter eliminiert werden können, wenn die erzeugten Frequenzen innerhalb eines Frequenzbereichs liegen, in dem auch Sendesignale oder Empfangssignale übertragen werden.
Als Übertragungsstandards kommen insbesondere der GSM-Standard und der W-CDMA-Standard in Frage. Besonders streng sind die Linearitätsanforderungen bei Multisystemschaltungen dadurch, dass die entsprechenden Schaltungen die Systemanforderungen aller genutzten Standards einhalten sollen.
Die DE 41 16 126 A1 beschreibt Antennenanpassnetzwerke für Sendeeinrichtungen für einen Frequenzhopping-Betrieb. In einem Signalpfad sind kapazitive Elemente mit Kapazitätswerten von Zweierpotenzen 2ⁿ einer Grundkapazität in Serie verschaltet und einzeln über je einen Schalter überbrückbar. In einem Parallelpfad sind induktive Elemente mit Induktivitätswerten von Zweierpotenzen 2ⁿ einer Grundinduktivität in Serie verschaltet und einzeln über je einen Schalter überbrückbar. Insbesondere sind als Schalter HF-Relais statt PIN-Dioden verschaltet, um die Fremdleistungsfestigkeit des Antennenanpassnetzwerks zu erhöhen. Mit HF-Relais sind somit linear arbeitende Bauelemente verschaltet, deren Verwendung erst gar nicht zur Entstehung von Intermodulationsprodukten führt.
Aus der US 2009/0128249 A1 sind Impedanzanpassschaltungen mit m kaskadierten kapazitiven Elementen im Signalpfad und n kaskadierten kapazitiven Elementen in einem Parallelpfad bekannt, wobei n > m.
Aus der US 2008/0233869 A1 sind Antennenanpass-Schaltungen mit einer m × n großen Matrix aus schaltbaren kapazitiven Elementen zur Einstellung einer Impedanz bekannt.
Aus der US 2009/0134949 A1 sind Impedanzanpass-Schaltungen bekannt, wobei schaltbare Kapazitätsbänke einzeln zu einer Serienschaltung oder einzeln zu einer Parallelschaltung hinzuschaltbare kapazitive Elemente umfassen.
Es besteht also die Aufgabe, ein Anpassnetzwerk anzugeben, in welchem die Erzeugung von Störsignalen durch nicht-lineares Verhalten von Schaltungskomponenten vermindert ist. Ferner sollen Linearitätsanforderungen, welche beispielsweise bei Multisystemschaltungen in mobilen Kommunikationsgeräten gefordert werden, eingehalten werden.
Als weitere Aufgabe soll das Anpassnetzwerk dabei einfach aufgebaut sein, möglichst wenige Komponente umfassen, kostengünstig herstellbar sein und einen geringen Platzbedarf aufweisen. Der Platzbedarf spielt insbesondere in elektrischen Bauelementen, welche in mobilen Kommunikationsgeräten verbaut sind, eine bedeutende Rolle.
Der Grad der Nicht-Linearität in einem Impedanzanpasselement hängt u. a. auch vom Phasenwinkel und vom Stehwellenverhältnis eines übertragenen Signals ab.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Anpassnetzwerk nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung umfasst einen Signalpfad, in welchem HF-Signale übertragen werden, und einen zwischen dem Signalpfad und Masse verschalteten Parallelpfad. Sie umfasst ferner eine serielle Schaltung variabler Impedanz, welche im Signalpfad verschaltet ist und deren Impedanz einstellbar ist. Sie umfasst weiterhin eine parallele Schaltung variabler Impedanz, welche im Parallelpfad verschaltet ist und deren Impedanz ebenfalls einstellbar ist. Die serielle Schaltung umfasst dabei eine Kaskade aus im Signalpfad in Serie verschalteten Kaskadengliedern, wobei jedes Kaskadenglied Impedanzelemente variabler Impedanz umfasst. Die parallele Schaltung umfasst eine Kaskade aus im Parallelpfad in Serie verschalteten Kaskadengliedern, welche ebenfalls Impedanzelemente variabler Impedanz umfasst. Der Grad der Kaskadierung der im Signalpfad verschalteten Kaskadenglieder ist dabei höher als der Grad der Kaskadierung der im Parallelpfad verschalteten Kaskadenglieder.
Ein derartiges Anpassnetzwerk ist auf einfache Weise in der Lage, Nichtlinearitäten auch bei durch schlechte Impedanzanpassung verursachten ungünstigen Phasenwinkeln oder Stehwellenverhältnissen gut zu unterdrücken.
Übliche Topologien adaptiver Anpassnetzwerke umfassen Schaltungen variabler Impedanz, die in einem Parallelpfad zwischen einem Signalpfad und Masse verschaltet sind. Anpassnetzwerke, welche zusätzlich zu im Parallelpfad verschalteten Impedanzelementen variabler Impedanz noch im Signalpfad verschaltete Impedanzelemente variabler Impedanz umfassen, bieten weitere Freiheitsgrade bzw. größere Flexibilität bei der Impedanzanpassung. In Frage kommt dabei etwa die Impedanzanpassung bei der Übertragung von HF-Signalen, die zwischen einer Frontendschaltung und einer Antenne eines mobilen Kommunikationsgerätes propagieren. Dann wird die Impedanz der Frontendschaltung an die Antennenimpedanz angepasst.
Die Erfinder haben erkannt, dass die an Impedanzelementen variabler Impedanz anliegende HF-Spannung davon abhängt, ob das entsprechende Impedanzelement variabler Impedanz im Signalpfad oder in einem gegen Masse verschalteten Parallelpfad verschaltet ist. Die zur Erhaltung der größeren Flexibilität bei der Impedanzanpassung verwendete Verschaltung von Impedanzelementen variabler Impedanz im Serienpfad könnte prinzipiell identisch mit derjenigen Verschaltung des Parallelpfads sein. Eine derart erhaltene Topologie, in der identische Anpassnetzwerke im Signalpfad und im Parallelpfad verschaltet sind, ist jedoch nicht optimal: Simulationen zeigen, dass mit einer Duplikate von Impedanzelementen enthaltenden Schaltung im Signalpfad in stärkerem Maße Nichtlinearitäten erzeugt werden als im Parallelpfad.
Für jedes aktive oder passive Schaltungselement kann eine Spannung, welche an diesem Schaltungselement anliegt, definiert werden, ab welcher nicht-lineare Effekte in nicht mehr tolerierbarem Umfang erzeugt werden. Im Allgemeinen sind die in einem Parallelpfad anliegenden Spannungen, wie die Erfinder herausgefunden haben, geringer als diejenigen HF-Spannungen, die im Signalpfad anliegen.
Bei der Entwicklung von elektrischen Schaltungen ist es üblich, die Zahl unterschiedlicher Schaltungskomponenten zu reduzieren. Denn eine Erhöhung der Anzahl unterschiedlicher Schaltungskomponenten führt i. A. zu mehr Aufwand beim Entwurf der elektrischen Schaltung. Würde also, wie üblich, dieselbe Topologie im Serienpfad und im Parallelpfad verschaltet werden, so würden entweder nicht tolerierbare Störsignale im Serienpfad entstehen oder, wenn die Topologie auf die Spezifikationen im Serienpfad ausgelegt würde, in einem Parallelpfad eine unnötig aufwändige Schaltung verschaltet sein.
Dadurch, dass der Grad der Kaskadierung im Parallelpfad sich von demjenigen des Serienpfads unterscheidet, kann ein Anpassnetzwerk erhalten werden, welches die Spezifikation bezüglich Nicht-Linearität im Serienpfad erfüllt. Gleichzeitig wird auch das unnötige Verschalten von Kaskadengliedern im Parallelpfad vermieden. Durch den unterschiedlichen Grad der Kaskadierung wird der Aufwand beim Entwerfen des Anpassnetzwerks zwar erhöht. Es wird aber ein Anpassnetzwerk erhalten, welches insbesondere weniger anfällig für die Entstehung von Nichtlinearitäten ist.
In einer Ausführungsform umfassen die Kaskadenglieder der seriellen oder der parallelen Schaltung je einen Schalter und je ein zum Schalter in Serie verschaltetes Impedanzelement. Das Impedanzelement, welches beispielsweise ein resistives Element, ein kapazitives Element oder ein induktives Element sein kann, stellt in Verbindung mit dem Schalter ein Impedanzelement mit variabler Impedanz dar. Denn je nach Schalterstellung kann das Impedanzelement zum Anpassnetzwerk hinzugeschaltet sein oder von ihm abgekoppelt sein.
Als Schalter kann beispielsweise ein Halbleiterschalter Verwendung finden. Dann ist mindestens einer der Schalter des Anpassnetzwerks ein Halbleiterschalter.
In einer Ausführungsform umfasst ein oder umfassen mehrere Impedanzelemente je ein kapazitives oder induktives Element.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst mindestens ein Kaskadenglied ein kapazitives Element, dessen Kapazität stufenlos einstellbar ist. Das kapazitive Element, dessen Kapazität stufenlos einstellbar ist, stellt dann selbst das Impedanzelement variabler Impedanz dar, ohne dass ein weiterer Schalter nötig ist.
In einer Ausführungsform umfasst die serielle Schaltung mehrere Kaskaden, die im Signalpfad parallel zueinander verschaltet sind.
Eine solche Schaltung umfasst also im Signalpfad parallel verschaltete Kaskaden, jeweils mit Impedanzelementen variabler Impedanz. Somit kann die Impedanz jeder einzelnen Kaskade individuell und unabhängig von den anderen Kaskaden der Parallelverschaltung eingestellt werden. Es liegt also – wenn die Impedanzelemente variabler Impedanz kapazitive Elemente sind – eine Kapazitätsbank vor, wobei der Grad der Parallelisierung im Wesentlichen der Auflösung entspricht, mit der die Impedanz, z. B. die Kapazität, der seriellen Verschaltung eingestellt werden kann.
Analog ist eine parallele Verschaltung von Kaskaden auch im Parallelpfad möglich, so dass auch die parallele Schaltung eine Bank von einzeln zuschaltbaren Impedanzelementen – zum Beispiel kapazitiven Elementen – umfassen kann.
In einer Ausführungsform umfasst die serielle oder die parallele Schaltung 5, 6, 7 oder 8 parallel verschaltete Kaskaden. Die Kaskadenglieder der parallel verschalteten Kaskaden umfassen weiterhin Halbleiterschalter, wobei alle Halbleiterschalter einer Kaskade mit derselben Steuerleitung schaltbar sind. Der Grad der Parallelisierung, nämlich 5, 6, 7 oder 8, stellt dabei keine Einschränkung dar. Je nach Anforderung an Genauigkeit oder an die Einfachheit der Schaltung ist auch eine höhere Zahl an parallel verschalteten Kaskaden oder eine entsprechend geringere Zahl an parallel verschalteten Kaskaden möglich. Dadurch, dass alle Halbleiterschalter einer Kaskade mit derselben Steuerleitung schaltbar sind und nicht jedes Kaskadenglied einer eigenen Steuerleitung bedarf, ist die Zahl der Steuerleitungen auf ein Minimum reduziert.
In einer Ausgestaltung ist der Grad der Kaskadierung der im Signalpfad verschalteten Kaskadenglieder höher oder gleich 7, während der Grad der Kaskadierung der im Parallelpfad verschalteten Kaskadenglieder gleich 6 ist. Diese Ausgestaltung orientiert sich an konkret zu erfüllenden Spezifikationen (beispielsweise dem GSM- oder dem WCDMA-Standard) und darf ebenfalls nicht als Einschränkung der Erfindung betrachtet werden. Für andere zu erfüllende Spezifikationen können andere Grade der Kaskadierung geeignet sein.
In einer Ausführungsform umfasst das Anpassnetzwerk in der seriellen Schaltung oder in der parallelen Schaltung eine Kaskade mit zwei oder mehr parallel verschalteten Armen. Jeder Arm umfasst in Serie zueinander verschaltete Kaskadenglieder. Der Begriff „Kaskadierung” ist also primär, aber nicht ausschließlich als Serienkaskadierung zu verstehen. Vielmehr kann eine Kaskade auch in parallelen Armen kaskadierte Kaskadenglieder umfassen. Insbesondere ist es möglich, dass eine Kaskade parallel kaskadierte Arme umfasst, welche selbst seriell kaskadierte Kaskadenglieder umfassen.
In einer Ausführungsform sind alle Kaskadenglieder aller Arme einer Kaskade mit derselben Steuerleitung verschaltet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Anpassnetzwerk einen Schalter, der auf CMOS-Technologie basiert.
Es kommen weiterhin als Schalter Halbleiterschalter in Frage,
welche auf Silizium-Germanium-Technologie basieren,
welche auf Gallium-Arsenid-Technologie basieren,
welche auf SOS(Silicon an Sapphire/Silizium auf Saphir)-Technologie basieren,
welche auf SOI(Silicon an Insulator/Silizium auf Isolator)-Technologie basieren,
welche auf SOG(Silicon an Glass/Silizium auf Glas)-Technologie basieren oder
welche auf Kohlenstofftechnologie basieren. Dabei kann ein auf Kohlenstofftechnologie basierender Schalter Graphen umfassen.
Als Impedanzelemente, welche kapazitive Elemente sind, kommen Elemente in Frage, welche ausgewählt sind aus

– einem auf MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)-Technologie basierenden kapazitiven Element,
– einem auf CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)-Technologie basierenden kapazitiven Element,
– einem Barium-Strontium-Titanat (BST) umfassenden kapazitiven Element,
– einem BZN (Bismuth-Zink-Niobat) umfassenden kapazitiven Element,
– einer Varaktordiode oder
– einer hyperabrupt dotierenden Varaktordiode,

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Anpassnetzwerk Teil einer Impedanzanpassschaltung.
In einer diese Ausführungsform weiterbildenden Ausgestaltung ist die Impedanzanpassschaltung, welche das Anpassnetzwerk umfasst, Teil eines mobilen Kommunikationsgeräts.
Ein erfindungsgemäßes Anpassnetzwerk kann beispielsweise Verwendung in mit WiMax-, WLAN-, Wifi-, LTE-(Long Term Evolution), GSM- oder W-CDMA-Funksignalen arbeitenden Gerät Verwendung finden.
Das Anpassnetzwerk ist auch geeignet, um in FDD (Frequency division duplexing), TDD (Time division duplexing) oder Frequenz Hopping Systemen verwendet zu werden.
Die Impedanzelemente der seriellen Schaltung und der parallelen Schaltung des Anpassnetzwerks können gemeinsam in einem Chip realisiert sein. Dadurch, dass das Anpassnetzwerk bezüglich einzuhaltender Spezifikation und bezüglich der Anzahl der verschalteten Komponenten optimiert ist, wird ein Bauelement, z. B. ein Chip, erhalten, welches sich durch eine kostengünstige Herstellung und durch einen geringen Platzbedarf auszeichnet.
Im Folgenden wird das Anpassnetzwerk anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1: schematisch den Grundaufbau des Anpassnetzwerks,
2: eine Ausgestaltung des Anpassnetzwerks, in dessen Kaskadengliedern kapazitive Elemente und Schalter in Serie verschaltet sind,
3A: ein Kaskadenglied, welches ein kapazitives Element und einen Schalter umfasst,
3B: ein Kaskadenglied, welches ein kapazitives Element mit stufenlos einstellbarer Kapazität umfasst,
4: ein Kaskadenglied, welches ein resistives Element und einen Schalter umfasst,
5: ein Kaskadenglied, welches ein induktives Element und einen Schalter umfasst,
6: ein Anpassnetzwerk, in dessen Kaskadengliedern kapazitive Elemente verschaltet sind, deren Kapazitäten stufenlos einstellbar sind,
7: eine Ausgestaltung einer Kaskade, in welcher stufenlos einstellbare kapazitive Elemente in Serie mit einem seriellen Impedanzelement verschaltet sind, wobei parallel zur Serienverschaltung der Impedanzelemente ein induktives Element parallel verschaltet ist.
8: eine Kaskade mit parallel verschalteten Armen.
1 illustriert eine Grundform des vorliegenden Anpassnetzwerks AN, in dem in einem Signalpfad SP eine serielle Schaltung variabler Impedanz SSVI verschaltet ist. In einem Parallelpfad PP, der zwischen dem Signalpfad SP und Masse GND verschaltet ist, ist eine parallele Schaltung variabler Impedanz PSVI verschaltet. Die serielle Schaltung variabler Impedanz SSVI umfasst eine Kaskade K, welche wiederum drei in Serie zueinander verschaltete Kaskadenglieder KG umfasst. Die Kaskadenglieder KG sind innerhalb der jeweiligen Kaskade in Serie zueinander im Signalpfad verschaltet.
Die parallele Schaltung variabler Impedanz PSVI umfasst ebenfalls eine Kaskade K, welche zwei Kaskadenglieder KG umfasst. Die zwei Kaskadenglieder KG sind in Serie zueinander im Parallelpfad verschaltet. Der Grad der Kaskadierung im Signalpfad SP, das heißt in der Kaskade der seriellen Schaltung variabler Impedanz SSVI, beträgt drei. Der Grad der Kaskadierung der Kaskade im Parallelpfad PP, das heißt in der Parallelschaltung variabler Impedanz PSVI, beträgt zwei. Der Grad der Kaskadierung im Signalpfad SP ist also um eins höher als der Grad der Kaskadierung im Parallelpfad PP. Eine solche Auslegung der Kaskadierung, bei der der Grad der Kaskadierung im Signalpfad höher ist als im Parallelpfad, berücksichtigt die im Signalpfad anliegenden, höheren HF-Spannungen. Sie berücksichtigt ferner das Fehlen der Notwendigkeit der Auslegung von Signalpfad SP und Parallelpfad PP mit einer gleich hohen Kaskadierungsstufe.
2 illustriert ein schematisches Anpassnetzwerk AN, welches ebenfalls eine serielle Schaltung variabler Impedanz SSVI im Signalpfad umfasst und welches eine parallele Schaltung variabler Impedanz PSVI im Parallelpfad PP umfasst. Die serielle Schaltung variabler Impedanz SSVI umfasst drei parallel zueinander verschaltete Zweige, von denen jeder eine Kaskade K (markiert durch ein gestricheltes Rechteck) umfasst. Jede der drei Kaskaden K im Signalpfad umfasst drei Kaskadenglieder KG. Ein solches Kaskadenglied ist ebenfalls durch ein gestrichelt gezeichnetes Rechteck markiert. Jedes Kaskadenglied umfasst ein Impedanzelement variabler Impedanz IVI.
In 2 besteht jedes Impedanzelement variabler Impedanz eines Kaskadenglieds aus einer seriellen Verschaltung eines kapazitiven Elements und eines Schalters (vergleiche auch 3A). In derjenigen Kaskade, die im Signalpfad durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet ist, sind alle drei Schalter mit einer Steuerleitung SL verschaltet, über welche der Schaltzustand der drei Schalter der Kaskade gemeinsam gesteuert werden kann. Die Darstellung in 2 ist schematisch. Vorteilhafterweise sind die Schalter der übrigen Kaskaden auch mit jeweils einer Steuerleitung pro Kaskade verschaltet.
Im gezeigten Fall beträgt die Zahl der Steuerleitungen vorzugsweise drei, entsprechend der Anzahl der Zweige. Der Übersichtlichkeit wegen ist jedoch nur eine Steuerleitung SL einer Kaskade im Signalpfad SP gezeigt.
Die Zahl der Steuerleitungen entspricht dann der Zahl der „Bits” dieser Kapazitätsbank. Mit n Steuerleitungen, also mit n-Bit Auflösung, können 2ⁿ verschiedene Schaltzustände geschaltet werden. Im vorliegenden Beispiel beträgt n gleich drei, das heißt es können 2³ = 8 verschiedene Schaltzustände erreicht werden, um die Kapazität der Serienschaltung variabler Impedanz einzustellen. Die Parallelschaltung variabler Impedanz PSVI umfasst ebenfalls drei Zweige, in denen jeweils eine zweifache Kaskade verschaltet ist.
3A illustriert ein Kaskadenglied KG, welches ein kapazitives Element KE und einen Schalter S umfasst. Dadurch, dass die Wirkung des kapazitiven Elements KE auf das Anpassnetzwerk durch die Schalterstellung (geöffnet oder geschlossen) des Schalters S eingestellt werden kann, ist die Serienverschaltung aus kapazitivem Element KE und Schalter S effektiv ein Impedanzelement variabler Impedanz IVI.
3B illustriert ein Kaskadenglied KG, in dem ein kapazitives Element mit einstellbarer Kapazität verschaltet ist. Dieses kapazitive Element stellt gleichzeitig das Impedanzelement variabler Impedanz IVI dar.
4 illustriert ein Kaskadenglied KG, welches gleichzeitig ein Impedanzelement variabler Impedanz darstellt und welches ein resistives Element RE sowie ein Schalter S umfasst. Das resistive Element RE und der Schalter S sind in Serie verschaltet. Analog zu 3A bestimmt die Schalterstellung des Schalters S, ob das resistive Element RE an das Anpassnetzwerk AN angekoppelt ist oder nicht.
5 illustriert ein Kaskadenglied KG, welches eine Serienverschaltung aus einem induktiven Element IE und einem Schalter S umfasst. Analog zu den 3A und 4 stellt diese Serienverschaltung ebenfalls ein induktives Element variabler Impedanz dar.
6 illustriert ein Anpassnetzwerk AN, dessen Serienschaltung variabler Impedanz im Signalpfad eine Kaskade K umfasst, welche wiederum drei Kaskadenglieder KG umfasst. Jedes der Kaskadenglieder umfasst als kapazitives Element variabler Impedanz ein Kapazitätselement, dessen Kapazität stufenlos einstellbar ist. Ferner umfasst die parallele Schaltung variabler Impedanz PSVI eine zweifache Kaskade aus Kaskadengliedern, wobei jedes der beiden Kaskadenglieder ein kapazitives Element KE mit stufenlos einstellbarer Kapazität umfasst.
7 illustriert eine Kaskade K, welche zweifach kaskadiert ist, d. h. welche zwei Kaskadenglieder KG umfasst. Jedes der beiden Kaskadenglieder umfasst ein kapazitives Element KE, dessen Impedanz stufenlos einstellbar ist. Die Kaskade umfasst weiterhin ein serielles Impedanzelement SIE, welches in Serie zu den beiden Kaskadengliedern KG geschaltet ist. Weiterhin umfasst die Kaskade ein paralleles Impedanzelement PIE, welches parallel zur Serienverschaltung aus den zwei Kaskadengliedern und dem seriellen Impedanzelement verschaltet ist. Impedanzelemente, welche parallel oder seriell in Kaskaden verschaltet sind, können so ausgelegt werden, dass das Anpassnetzwerk AN optimal für eine Impedanzanpassung entsprechend einer vorher bestimmten Spezifikation ausgelegt ist.
8 illustriert eine Kaskade K, welche in der seriellen Schaltung variabler Impedanz SSVI oder in der parallelen Schaltung variabler Impedanz PSVI verschaltet sein kann. Im Signalpfad SP sind zwei Arme A1, A2 parallel verschaltet. Jeder der Arme A1 und A2 umfasst eine Serienverschaltung aus Kaskadengliedern KG; ein Kaskadenglied ist exemplarisch durch ein gestrichelt gezeichnetes Rechteck hervorgehoben. In diesem Fall besteht jedes der Kaskadenglieder aus einem kapazitiven Element und einem Schalter. Andere Kaskadenglieder, z. B. mit Varaktoren, sind denkbar. Jedes Kaskadenglied, welches gleichzeitig ein Impedanzelement variabler Impedanz IVI ist, ist mit derselben Steuerleitung verschaltet.
Eine Kaskade, welche mehr als einen Arm umfasst, kann kein Impedanzelement variabler Impedanz umfassen. Jedoch ist es möglich, dass eine Kaskade ein Impedanzelement variabler Impedanz, mehrere Impedanzelemente variabler Impedanz oder ausschließlich Impedanzelemente variabler Impedanz als Kaskadenglieder umfasst.
Ein Anpassnetzwerk ist nicht auf eines der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Variationen, welche beispielsweise noch weitere Kaskaden, Kaskadenglieder oder als Kaskadenglieder verschaltete Impedanzelemente oder Schalterelemente umfassen, oder welche beliebige Kombinationen solcher Schaltungskomponenten umfassen, stellen ebenso erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dar.
Bezugszeichenliste:

A1, A2:

parallel verschaltete Arme einer Kaskade

AN:

Anpassnetzwerk

GND:

Masse

IE:

induktives Element

IVI:

Impedanzelement variabler Impedanz

K:

Kaskade

KE:

kapazitives Element

KG:

Kaskadenglied

PIE:

paralleles Impedanzelement

PP:

Parallelpfad

PSVI:

parallele Schaltung variabler Impedanz

RS:

resistives Element

S:

Schalter

SIE:

serielles Impedanzelement

SL:

Signalleitung

SP:

Signalpfad

SSVI

serielle Schaltung variabler Impedanz

Claims

Anpassnetzwerk (AN), umfassend – einen Signalpfad (SP) und einen zwischen Signalpfad (SP) und Masse (GND) verschalteten Parallelpfad (PP), – eine serielle Schaltung (SSVI) variabler Impedanz, welche im Signalpfad (SP) verschaltet ist und deren Impedanz einstellbar ist, – eine parallele Schaltung (PSVI) variabler Impedanz, welche im Parallelpfad (PP) verschaltet ist und deren Impedanz einstellbar ist, wobei – die serielle Schaltung (SSVI) eine Kaskade (K) aus im Signalpfad (SP) in Serie verschalteten Kaskadengliedern (KG) mit Impedanzelementen variabler Impedanz (IVI) umfasst, – die parallele Schaltung (PSVI) eine Kaskade (K) aus im Parallelpfad (PP) in Serie verschalteten Kaskadengliedern (KG) mit Impedanzelementen variabler Impedanz (IVI) umfasst, – die serielle Schaltung (SSVI) im Signalpfad (SP) parallel verschaltete Kaskaden (K) umfasst, – die parallele Schaltung (PSVI) im Parallelpfad (PP) parallel verschaltete Kaskaden (K) umfasst, – die Kaskadenglieder (KG) der parallel verschalteten Kaskaden (K) Halbleiterschalter (S) umfassen, – alle Halbleiterschalter (S) einer Kaskade mit derselben Steuerleitung (SL) schaltbar sind, – der Grad der Kaskadierung der im Signalpfad (SP) verschalteten Kaskadengliedern (KG) höher als der Grad der Kaskadierung der im Parallelpfad (PP) verschalteten Kaskadengliedern (KG) ist.
Anpassnetzwerk nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kaskadenglieder (KG) der seriellen (SSVI) Schaltung je einen Schalter (S) und ein zum Schalter (S) in Serie verschaltetes Impedanzelement (IE, KE) umfassen.
Anpassnetzwerk nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens einer der Schalter ein Halbleiterschalter ist.
Anpassnetzwerk nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die verschalteten Impedanzelemente (IE, KE) ein kapazitives Element (KE) oder induktives Element (IE) umfassen.
Anpassnetzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend Kaskadenglieder (KG), in denen kapazitive Elemente (KE, IVI) verschaltet sind, deren Kapazität stufenlos einstellbar sind.
Anpassnetzwerk nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei – die serielle (SSVI) oder die parallele (PSVI) Schaltung 5, 6, 7 oder 8 parallel verschaltete Kaskaden (K) umfasst.
Anpassnetzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Grad der Kaskadierung der im Signalpfad ((SP) verschalteten Kaskadenglieder (KG) höher oder gleich 7 ist und bei welcher der Grad der Kaskadierung der im Parallelpfad (PP) verschalteten Kaskadenglieder (KG) gleich 6 ist.
Anpassnetzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen auf CMOS-Technologie basierenden Schalter.
Anpassnetzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Halbleiterschalter, der ausgewählt ist aus – einem auf SiGe-Technologie basierenden Schalter, – einem auf GaAs-Technologie basierenden Schalter, – einem auf SOS-Technologie basierenden Schalter, – einem auf SOI-Technologie basierenden Schalter, – einem auf SOG-Technologie basierenden Schalter und – einem auf Kohlenstoff-Technologie basierenden Schalter.
Anpassnetzwerk nach einem der acht vorhergehenden Ansprüche, dessen verschaltete Impedanzelemente (KE) ein kapazitives Element (KE) umfassen, welches ausgewählt ist aus – einem auf MEMS-Technologie basierenden kapazitiven Element, – einem auf CMOS-Technologie basierenden kapazitiven Element, – einem Barium-Strontium-Titanat umfassenden kapazitiven Element, – einem BZN umfassenden kapazitiven Element, – einer Varaktordiode, – einer hyperabrupt dotierten Varaktordiode.
Verwendung eines Anpassnetzwerkes nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Teil einer Impedanzanpassschaltung.
Verwendung eines Anpassnetzwerkes nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Teil einer Impedanzanpassschaltung in einem mobilen Kommunikationsgerät.
Verwendung eines Anpassnetzwerkes nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit WiMAX-, WLAN-, WiFi-, LTE-, GSM- oder WCDMA-Funksignalen.
Verwendung eines Anpassnetzwerkes nach einem der vorhergehenden Ansprüche in FDD-, TDD- oder Frequenz-Hopping-Systemen.
Anpassnetzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Impedanzelemente der seriellen Schaltung und der parallelen Schaltung gemeinsam in einem Chip realisiert sind.